|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
TEKNOLOJİ TARİHİ, TEKNOLOJİ, ÇEVREMİZDEKİ NESNELER
Atom bombası. Buluş ve üretim tarihi
Rehber / Teknolojinin, teknolojinin, çevremizdeki nesnelerin tarihi Nükleer silahlar (veya atom silahları) - bir dizi nükleer silah, bunların hedefe ulaşma araçları ve kontrolleri. Biyolojik ve kimyasal silahlarla birlikte kitle imha silahlarını ifade eder. Nükleer mühimmat, ağır çekirdeklerin fizyonunun çığ benzeri nükleer zincir reaksiyonu ve/veya hafif çekirdeklerin termonükleer füzyon reaksiyonu sonucu açığa çıkan nükleer enerjinin kullanımına dayalı patlayıcı bir silahtır. Atomun dünyası o kadar fantastiktir ki, onun anlaşılması, alışılmış uzay ve zaman kavramlarında köklü bir kırılmayı gerektirir. Atomlar o kadar küçüktür ki, bir su damlası Dünya boyutuna kadar büyütülebilseydi, o damladaki her bir atom bir portakaldan daha küçük olurdu. Aslında bir damla su 6000 milyar (6000000000000000000000) hidrojen ve oksijen atomundan oluşur. Ve yine de, mikroskobik boyutuna rağmen, atom, güneş sistemimizin yapısına bir ölçüde benzer bir yapıya sahiptir. Bir santimetrenin trilyonda birinden daha az bir yarıçapa sahip, anlaşılmaz derecede küçük merkezinde, nispeten büyük bir "güneş" - bir atomun çekirdeği. Bu atomik "güneş"in etrafında minik "gezegenler" - elektronlar - döner. Çekirdek, Evrenin iki ana yapı taşından oluşur - protonlar ve nötronlar (birleştirici bir adları vardır - nükleonlar). Bir elektron ve bir proton yüklü parçacıklardır ve her birinin içindeki yük miktarı tamamen aynıdır, ancak yükler işaret bakımından farklıdır: proton her zaman pozitif yüklüdür ve elektron her zaman negatiftir. Nötron elektrik yükü taşımaz ve bu nedenle çok yüksek geçirgenliğe sahiptir. Atomik ölçüm ölçeğinde proton ve nötronun kütlesi birlik olarak alınır. Bu nedenle herhangi bir kimyasal elementin atom ağırlığı, çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayısına bağlıdır. Örneğin, çekirdeği yalnızca bir protondan oluşan bir hidrojen atomunun atom kütlesi 1'dir. Çekirdeği iki proton ve iki nötron olan bir helyum atomunun atom kütlesi 4'tür. Aynı elementin atomlarının çekirdekleri her zaman aynı sayıda proton içerir, ancak nötron sayısı farklı olabilir. Çekirdekleri aynı proton sayısına sahip, ancak nötron sayıları farklı olan ve aynı elementin çeşitlerine bağlı olan atomlara izotop denir. Bunları birbirinden ayırt etmek için, element sembolüne belirli bir izotopun çekirdeğindeki tüm parçacıkların toplamına eşit bir sayı atanır. Soru ortaya çıkabilir: neden bir atomun çekirdeği parçalanmıyor? Sonuçta, içindeki protonlar, aynı yüke sahip elektrik yüklü parçacıklardır ve birbirlerini büyük bir kuvvetle itmeleri gerekir. Bu, çekirdeğin içinde, çekirdeğin parçacıklarını birbirine çeken sözde intranükleer kuvvetler olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. Bu kuvvetler, protonların itici kuvvetlerini telafi eder ve çekirdeğin kendiliğinden dağılmasına izin vermez. İntranükleer kuvvetler çok güçlüdür, ancak yalnızca çok yakın mesafede hareket ederler. Bu nedenle, yüzlerce nükleondan oluşan ağır elementlerin çekirdeklerinin kararsız olduğu ortaya çıkıyor. Çekirdeğin parçacıkları burada (çekirdeğin hacmi içinde) sürekli hareket halindedir ve onlara bir miktar ek enerji eklerseniz, iç kuvvetlerin üstesinden gelebilirler - çekirdek parçalara bölünecektir. Bu fazla enerjinin miktarına uyarma enerjisi denir. Ağır elementlerin izotopları arasında, kendi kendine çürümenin eşiğinde görünenler var. Nükleer fisyon reaksiyonunun başlaması için sadece küçük bir "itme" yeterlidir, örneğin bir nötronun çekirdeğine basit bir vuruş (ve yüksek bir hıza hızlandırılması bile gerekmez). Bu "bölünebilir" izotoplardan bazıları daha sonra yapay olarak yapılmıştır. Doğada böyle bir izotop vardır - uranyum-235.
Uranüs, 1783 yılında, onu uranyum ziftinden izole eden ve yakın zamanda keşfedilen Uranüs gezegeninden sonra adlandıran Klaproth tarafından keşfedildi. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, aslında uranyumun kendisi değil, oksidiydi. Saf uranyum - gümüş-beyaz bir metal - sadece 1842'de Peligo tarafından elde edildi. Yeni elementin kayda değer bir özelliği yoktu ve Becquerel'in uranyum tuzlarının radyoaktivite fenomenini keşfettiği 1896 yılına kadar dikkat çekmedi. Bundan sonra, uranyum bilimsel araştırma ve deneylerin nesnesi haline geldi, ancak hala pratik bir uygulaması yoktu. 1934. yüzyılın ilk üçte birinde, atom çekirdeğinin yapısı az çok fizikçiler için netleştiğinde, her şeyden önce simyacıların eski rüyasını gerçekleştirmeye çalıştılar - bir kimyasal elementi diğerine dönüştürmeye çalıştılar. XNUMX'te Fransız araştırmacılar, Frederic ve Irene Joliot-Curie'nin eşleri, Fransız Bilimler Akademisi'ne aşağıdaki deney hakkında rapor verdiler: alüminyum plakalar alfa parçacıkları (helyum atom çekirdeği) ile bombardıman edildiğinde, alüminyum atomları fosfor atomlarına dönüştü, ancak sıradan değil, radyoaktif, bu da silikonun kararlı bir izotopuna dönüşüyor. Böylece, bir proton ve iki nötron ekleyen bir alüminyum atomu, daha ağır bir silikon atomuna dönüştü. Bu deneyim, nötronlar doğada var olan en ağır elementin - uranyumun çekirdeğinde "ateşlenirse", doğal koşullarda var olmayan bir elementin elde edilebileceği fikrine yol açtı. 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann, alüminyum yerine uranyum alarak Joliot-Curie eşlerinin deneyimlerini genel anlamda tekrarladılar. Deneyin sonuçları hiç de bekledikleri gibi değildi - kütle numarası uranyumdan daha büyük olan yeni bir süper ağır element yerine, Hahn ve Strassmann periyodik sistemin orta kısmından hafif elementler aldı: baryum, kripton, brom ve bazı diğerleri. Deneycilerin kendileri gözlemlenen fenomeni açıklayamadı. Hahn'ın zorluklarını bildirdiği fizikçi Lisa Meitner, gözlemlenen fenomen için, uranyum nötronlarla bombalandığında çekirdeğinin bölündüğünü (fisyona uğradığını) öne sürerek doğru bir açıklamayı ancak ertesi yıl buldu. Bu durumda daha hafif elementlerin çekirdekleri oluşmuş olmalı (burası baryum, kripton ve diğer maddelerin alındığı yer) ve 2-3 serbest nötron salınmış olmalıdır. Daha fazla araştırma, neler olup bittiğinin resmini ayrıntılı olarak netleştirmeye izin verdi. Doğal uranyum, kütleleri 238, 234 ve 235 olan üç izotopun bir karışımından oluşur. Ana uranyum miktarı, çekirdeği 238 proton ve 92 nötron içeren 146 izotopa düşer. Uranyum-235, doğal uranyumun yalnızca 1/140'ıdır (%0) (çekirdeğinde 7 proton ve 92 nötron vardır) ve uranyum-143 (234 proton, 92 nötron) toplam uranyum kütlesinin yalnızca 142/1'ü kadardır. (%17500). Bu izotopların en az kararlı olanı uranyum-0'tir. Zaman zaman, atomlarının çekirdeği kendiliğinden parçalara bölünür ve bunun sonucunda periyodik sistemin daha hafif elementleri oluşur. Sürece, muazzam bir hızla - yaklaşık 006 bin km / s (hızlı nötronlar denir) hızla koşan iki veya üç serbest nötronun serbest bırakılması eşlik ediyor. Bu nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine çarparak nükleer reaksiyonlara neden olabilir. Bu durumda her izotop farklı davranır. Uranyum-238 çekirdekleri çoğu durumda bu nötronları başka bir dönüşüm olmadan basitçe yakalar. Ancak yaklaşık beş vakadan birinde, hızlı bir nötron, izotop-238'in çekirdeğiyle çarpıştığında, ilginç bir nükleer reaksiyon meydana gelir: uranyum-238'in nötronlarından biri, bir protona dönüşen bir elektron yayar, yani uranyum izotopu daha ağır bir elemente dönüşür - neptünyum-239 (93 proton + 146 nötron). Ancak neptünyum kararsızdır - birkaç dakika sonra nötronlarından biri bir elektron yayar, bir protona dönüşür, ardından neptünyum izotopu periyodik sistemin bir sonraki elemanına dönüşür - plütonyum-239 (94 proton + 145 nötron). Kararsız uranyum-235'in çekirdeğine bir nötron girerse, hemen fisyon meydana gelir - atomlar iki veya üç nötron emisyonuyla bozunur. Atomlarının çoğu 238 izotopuna ait olan doğal uranyumda, bu reaksiyonun görünür bir sonucu olmadığı açıktır - tüm serbest nötronlar sonunda bu izotop tarafından emilecektir. Peki ya tamamen 235 izotoptan oluşan oldukça büyük bir uranyum parçası hayal edersek? Burada süreç farklı bir şekilde ilerleyecektir: birkaç çekirdeğin fisyonunda salınan nötronlar, sırayla komşu çekirdeklere düşerek fisyonlarına neden olur. Sonuç olarak, aşağıdaki çekirdekleri bölen yeni bir nötron kısmı salınır. Uygun koşullar altında bu reaksiyon çığ gibi ilerler ve zincirleme reaksiyon olarak adlandırılır. Birkaç bombardıman parçacığı onu başlatmak için yeterli olabilir. Gerçekten de, sadece 235 nötronun uranyum-100'i bombalamasına izin verin. 100 uranyum çekirdeğini parçalayacaklar. Bu durumda, ikinci neslin 250 yeni nötronu salınacaktır (fisyon başına ortalama 2). İkinci neslin nötronları, 5 nötronun serbest bırakılacağı 250 fisyon üretecek. Gelecek nesilde 625, sonra 1562, sonra 3906 vb. olacaktır. İşlem durdurulmazsa bölüm sayısı sınırsız olarak artacaktır. Bununla birlikte, gerçekte, nötronların sadece önemsiz bir kısmı atomların çekirdeğine girer. Aralarında hızla koşan geri kalanlar, çevredeki alana taşınır. Kendi kendini idame ettiren bir zincirleme reaksiyon, yalnızca kritik bir kütleye sahip olduğu söylenen yeterince geniş bir uranyum-235 dizisinde meydana gelebilir. (Normal koşullar altında bu kütle 50 kg'dır.) Her çekirdeğin fisyonuna, fisyon için harcanan enerjiden yaklaşık 300 milyon kat daha fazla olduğu ortaya çıkan büyük miktarda enerjinin serbest bırakılmasının eşlik ettiğini belirtmek önemlidir. ! (1 kg uranyum-235'in toplam fisyonunun, 3 ton kömürün yanması kadar ısı açığa çıkardığı hesaplanmıştır.) Dakikalar içinde açığa çıkan bu devasa enerji dalgası, kendini canavarca bir patlama olarak gösterir. nükleer silahların işleyişini zorlar ve temelini oluşturur. . Ancak bu silahın gerçeğe dönüşmesi için, yükün doğal uranyumdan değil, nadir bir izotoptan - 235'ten (bu tür uranyuma zenginleştirilmiş olarak adlandırılır) oluşması gerekir. Daha sonra saf plütonyumun da bölünebilir bir malzeme olduğu ve uranyum-235 yerine atom yükünde kullanılabileceği bulundu. Tüm bu önemli keşifler, II. Dünya Savaşı arifesinde yapıldı. Yakında Almanya'da ve diğer ülkelerde atom bombası yaratma konusunda gizli çalışmalar başladı. Amerika Birleşik Devletleri'nde bu sorun 1941'de ele alındı. Tüm yapı kompleksine "Manhattan Projesi" adı verildi. Projenin idari liderliği General Groves tarafından, bilimsel yönü ise California Üniversitesi'nden Profesör Robert Oppenheimer tarafından gerçekleştirildi. Her ikisi de önlerindeki görevin muazzam karmaşıklığının çok iyi farkındaydı. Bu nedenle, Oppenheimer'ın ilk kaygısı, son derece zeki bir bilimsel ekibin satın alınmasıydı. O zamanlar Amerika Birleşik Devletleri'nde faşist Almanya'dan göç etmiş birçok fizikçi vardı. Onları eski anavatanlarına yönelik silahların yaratılmasına dahil etmek kolay değildi. Oppenheimer, cazibesinin tüm gücünü kullanarak herkesle kişisel olarak konuştu. Kısa süre sonra, şaka yollu "aydınlatıcılar" olarak adlandırdığı küçük bir teorisyen grubu toplamayı başardı. Ve aslında, fizik ve kimya alanında o zamanın en büyük uzmanlarını içeriyordu. (Aralarında Bohr, Fermi, Frank, Chadwick, Lawrence da dahil olmak üzere 13 Nobel Ödülü sahibi var.) Bunlara ek olarak, çeşitli profillerden başka uzmanlar da vardı. ABD hükümeti harcama yapmaktan kaçınmadı ve en başından itibaren çalışma görkemli bir kapsam kazandı. 1942'de dünyanın en büyük araştırma laboratuvarı Los Alamos'ta kuruldu. Bu bilim kentinin nüfusu kısa sürede 9 bin kişiye ulaştı. Bilim adamlarının bileşimi, bilimsel deneylerin kapsamı, çalışmaya katılan uzman ve işçi sayısı açısından, Los Alamos Laboratuvarı dünya tarihinde eşit değildi. "Manhattan Projesi"nin kendi polisi, karşı istihbaratı, iletişim sistemi, depoları, yerleşim yerleri, fabrikaları, laboratuvarları ve devasa bütçesi vardı. Projenin ana amacı, birkaç atom bombası oluşturmak için yeterli bölünebilir malzeme elde etmekti. Uranyum-235'e ek olarak, daha önce de belirtildiği gibi, yapay element plütonyum-239 bomba için bir yük görevi görebilir, yani bomba uranyum veya plütonyum olabilir. Groves ve Oppenheimer, hangisinin daha umut verici olacağına önceden karar vermek imkansız olduğundan, çalışmanın iki yönde aynı anda yapılması gerektiği konusunda anlaştılar. Her iki yöntem de temelde birbirinden farklıydı: uranyum-235'in birikmesi, onu doğal uranyum yığınından ayırarak yapılmalıydı ve plütonyum, yalnızca uranyum-238'in uranyum-XNUMX ile ışınlanmasıyla kontrollü bir nükleer reaksiyonun sonucu olarak elde edilebilirdi. nötronlar. Her iki yol da alışılmadık derecede zor görünüyordu ve kolay çözümler vaat etmiyordu. Gerçekten de, ağırlıkları çok az farklı olan ve kimyasal olarak tamamen aynı şekilde davranan iki izotop birbirinden nasıl ayrılabilir? Ne bilim ne de teknoloji böyle bir sorunla karşılaşmadı. Plütonyum üretimi de ilk başta çok sorunlu görünüyordu. Bundan önce, nükleer dönüşümlerin tüm deneyimi birkaç laboratuvar deneyine indirgendi. Şimdi endüstriyel ölçekte kilogram plütonyum üretiminde ustalaşmak, bunun için özel bir kurulum geliştirmek ve oluşturmak - bir nükleer reaktör ve bir nükleer reaksiyonun gidişatını nasıl kontrol edeceğinizi öğrenmek gerekliydi. Ve burada ve orada bir dizi karmaşık problemin çözülmesi gerekiyordu. Bu nedenle, "Manhattan Projesi" önde gelen bilim adamları tarafından yönetilen birkaç alt projeden oluşuyordu. Oppenheimer, Los Alamos Bilim Laboratuvarı'nın başkanıydı. Lawrence, California Üniversitesi'ndeki Radyasyon Laboratuvarı'ndan sorumluydu. Fermi, Chicago Üniversitesi'nde bir nükleer reaktörün oluşturulması üzerine araştırmalara öncülük etti. Başlangıçta en önemli sorun uranyum elde etmekti. Savaştan önce bu metalin aslında hiçbir faydası yoktu. Şimdi büyük miktarlarda hemen ihtiyaç duyulduğundan, onu üretmenin endüstriyel bir yolu olmadığı ortaya çıktı. Westinghouse şirketi gelişimini üstlendi ve hızla başarıya ulaştı. Uranyum reçinesinin saflaştırılmasından (bu formda uranyum doğada bulunur) ve uranyum oksit elde edildikten sonra, metalik uranyumun elektroliz yoluyla izole edildiği tetraflorüre (UF4) dönüştürüldü. 1941'in sonunda Amerikalı bilim adamlarının emrinde sadece birkaç gram metalik uranyum varsa, o zaman Kasım 1942'de Westinghouse fabrikalarındaki endüstriyel üretimi ayda 6000 pound'a ulaştı. Aynı zamanda, bir nükleer reaktörün oluşturulması için çalışmalar devam ediyordu. Plütonyum üretim süreci aslında uranyum çubuklarının nötronlarla ışınlanmasına kadar kaynadı, bunun sonucunda uranyum-238'in bir kısmı plütonyuma dönüşmek zorunda kaldı. Bu durumda nötron kaynakları, uranyum-235 atomları arasında yeterli miktarlarda dağılmış bölünebilir uranyum-238 atomları olabilir. Ancak nötronların sürekli üremesini sürdürmek için, uranyum-235 atomlarının fisyonunun zincirleme reaksiyonunun başlaması gerekiyordu. Bu arada, daha önce de belirtildiği gibi, her uranyum-235 atomu için 140 atom uranyum-238 vardı. Her yöne uçan nötronların, yolda onlarla tam olarak karşılaşma olasılıklarının çok daha yüksek olduğu açıktır. Yani, serbest bırakılan çok sayıda nötronun ana izotop tarafından emildiği ve boşuna olmadığı ortaya çıktı. Açıkçası, bu koşullar altında zincirleme reaksiyon gidemezdi. Nasıl olunur? İlk başta, iki izotopun ayrılması olmadan, reaktörün çalışması genellikle imkansız gibi görünüyordu, ancak kısa sürede önemli bir durum belirlendi: uranyum-235 ve uranyum-238'in farklı enerjilerdeki nötronlara duyarlı olduğu ortaya çıktı. Bir uranyum-235 atomunun çekirdeğini, yaklaşık 22 m/s hıza sahip, nispeten düşük enerjili bir nötronla bölmek mümkündür. Bu tür yavaş nötronlar, uranyum-238 çekirdeği tarafından yakalanmaz - bunun için saniyede yüz binlerce metrelik bir hıza sahip olmaları gerekir. Başka bir deyişle, uranyum-238, uranyum-235'te nötronların neden olduğu bir zincirleme reaksiyonun başlamasını ve ilerlemesini önlemek için güçsüzdür - 22 m/s'den fazla olmayan son derece düşük hızlara yavaşlar. Bu fenomen, 1938'den beri Amerika Birleşik Devletleri'nde yaşayan ve burada ilk reaktörün oluşturulması çalışmalarını denetleyen İtalyan fizikçi Fermi tarafından keşfedildi. Fermi, nötron moderatörü olarak grafiti kullanmaya karar verdi. Hesaplarına göre, uranyum-235'ten yayılan ve 40 cm'lik bir grafit tabakasından geçen nötronların, hızlarını 22 m/s'ye düşürmesi ve uranyum-235'te kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyon başlatması gerekiyordu. Sözde "ağır" su başka bir moderatör görevi görebilir. Onu oluşturan hidrojen atomları boyut ve kütle olarak nötronlara çok yakın olduğundan, onları en iyi şekilde yavaşlatabilirler. (Hızlı nötronlarda da toplarda olduğu gibi aynı şey olur: küçük bir top büyük olana çarparsa, neredeyse hız kaybetmeden geri döner, ancak küçük bir topla karşılaştığında enerjisinin önemli bir bölümünü ona aktarır - Tıpkı bir nötronun esnek çarpışmada ağır bir çekirdekten sıçraması gibi sadece hafifçe yavaşlar ve hidrojen atomlarının çekirdekleriyle çarpışmada tüm enerjisini çok hızlı bir şekilde kaybeder.) Bununla birlikte, sıradan su yavaşlamak için uygun değildir, çünkü hidrojeni meyillidir. nötronları emmek için Bu nedenle "ağır" suyun bir parçası olan döteryum bu amaçla kullanılmalıdır. 1942'nin başlarında, Fermi'nin önderliğinde, Chicago Stadyumu'nun batı tribünlerinin altındaki tenis kortunda ilk nükleer reaktörün inşaatına başlandı. Tüm çalışmalar bilim adamlarının kendileri tarafından gerçekleştirildi. Reaksiyon tek yolla kontrol edilebilir - zincirleme reaksiyonda yer alan nötronların sayısı ayarlanarak. Fermi bunu, nötronları güçlü bir şekilde emen bor ve kadmiyum gibi malzemelerden yapılmış çubuklarla yapmayı hayal etti. Grafit tuğlalar, fizikçilerin 3 m yüksekliğinde ve 1 m genişliğinde sütunlar diktiği bir moderatör görevi gördü, aralarına uranyum oksitli dikdörtgen bloklar yerleştirildi. Tüm yapıya yaklaşık 2 ton uranyum oksit ve 46 ton grafit girdi. Reaksiyonu yavaşlatmak için reaktöre verilen kadmiyum ve bor çubukları kullanıldı. Bu yeterli değilse, sigorta için, reaktörün üzerinde bulunan bir platformda, kovaları bir kadmiyum tuzu çözeltisiyle doldurulmuş iki bilim adamı vardı - reaksiyon kontrolden çıkarsa bunları reaktörün üzerine dökmeleri gerekiyordu. Neyse ki, bu gerekli değildi. 2 Aralık 1942'de Fermi tüm kontrol çubuklarının uzatılmasını emretti ve deney başladı. Dört dakika sonra, nötron sayaçları giderek daha yüksek sesle tıklamaya başladı. Her dakika nötron akışının yoğunluğu daha da arttı. Bu, reaktörde bir zincirleme reaksiyonun gerçekleştiğini gösterdi. 28 dakika devam etti. Sonra Fermi işaret verdi ve alçaltılmış çubuklar işlemi durdurdu. Böylece insan ilk kez atom çekirdeğinin enerjisini serbest bıraktı ve onu istediği zaman kontrol edebileceğini kanıtladı. Artık nükleer silahların bir gerçeklik olduğuna dair hiçbir şüphe yoktu. 1943'te Fermi reaktörü söküldü ve Aragon Ulusal Laboratuvarı'na (Chicago'dan 50 km) nakledildi. Yakında burada ağır suyun moderatör olarak kullanıldığı başka bir nükleer reaktör inşa edildi. 6 ton ağır su içeren, içine 5 çubuk uranyum metalinin dikey olarak yüklendiği, alüminyum bir kabuk içine yerleştirilmiş silindirik bir alüminyum tanktan oluşuyordu. Yedi kontrol çubuğu kadmiyumdan yapılmıştır. Tankın etrafında bir grafit reflektör, ardından kurşun ve kadmiyum alaşımlarından yapılmış bir ekran vardı. Tüm yapı, duvar kalınlığı yaklaşık 120 m olan beton bir kabuk içine alındı.Bu deneysel reaktörler üzerinde yapılan deneyler, endüstriyel plütonyum üretimi olasılığını doğruladı. "Manhattan Projesi" nin ana merkezi kısa süre sonra Tennessee Nehri Vadisi'ndeki Oak Ridge kasabası oldu ve nüfusu birkaç ay içinde 79 bin kişiye yükseldi. Burada kısa sürede zenginleştirilmiş uranyum üretimi için ilk tesis kuruldu. Hemen 1943'te, plütonyum üreten endüstriyel bir reaktör piyasaya sürüldü. Şubat 1944'te, yüzeyinden kimyasal ayırma ile plütonyum elde edilen günlük yaklaşık 300 kg uranyum çıkarıldı. (Bunu yapmak için önce plütonyum çözüldü ve ardından çöktürüldü.) Arıtılmış uranyum daha sonra tekrar reaktöre geri döndürüldü. Aynı yıl, Columbia Nehri'nin güney kıyısındaki çorak, ıssız çölde, devasa Hanford Fabrikası'nın inşaatına başlandı. Burada günde birkaç yüz gram plütonyum veren üç güçlü nükleer reaktör bulunuyordu. Buna paralel olarak, uranyum zenginleştirme için endüstriyel bir süreç geliştirmek için araştırmalar tüm hızıyla devam ediyordu. Groves ve Oppenheimer farklı seçenekleri değerlendirdikten sonra iki yönteme odaklanmaya karar verdiler: gaz difüzyonu ve elektromanyetik. Gaz difüzyon yöntemi, Graham yasası olarak bilinen bir ilkeye dayanıyordu (ilk olarak 1829'da İskoç kimyager Thomas Graham tarafından formüle edildi ve 1896'da İngiliz fizikçi Reilly tarafından geliştirildi). Bu yasaya göre, biri diğerinden daha hafif olan iki gaz, ihmal edilebilecek kadar küçük açıklıklara sahip bir filtreden geçirilirse, içinden ağır gazdan biraz daha hafif gaz geçecektir. Kasım 1942'de Columbia Üniversitesi'ndeki Urey ve Dunning, Reilly yöntemine dayalı olarak uranyum izotoplarını ayırmak için gazlı bir difüzyon yöntemi yarattı. Doğal uranyum katı olduğu için önce uranyum florüre (UF6) dönüştürüldü. Bu gaz daha sonra filtre septumundaki mikroskobik - milimetrenin binde biri kadar - deliklerden geçirildi. Gazların molar ağırlıklarındaki fark çok küçük olduğundan, bölmenin arkasında uranyum-235 içeriği sadece 1,0002 kat arttı. Uranyum-235 miktarını daha da artırmak için elde edilen karışım yine bir bölmeden geçirilir ve uranyum miktarı tekrar 1 kat artırılır. Böylece uranyum-0002 içeriğini %235'a çıkarmak için gazın 99 filtreden geçirilmesi gerekiyordu. Bu, Oak Ridge'deki devasa bir gaz difüzyon tesisinde gerçekleşti. 1940 yılında California Üniversitesi'nden Ernst Lawrence önderliğinde, uranyum izotoplarının elektromanyetik yöntemle ayrılması üzerine araştırmalar başladı. İzotopların kütlelerindeki farkı kullanarak ayrılmasını sağlayacak böyle fiziksel süreçlerin bulunması gerekiyordu. Lawrence, atom kütlelerini belirleyen bir alet olan kütle spektrografı ilkesini kullanarak izotopları ayırmaya çalıştı. Çalışma prensibi şuydu: önceden iyonize edilmiş atomlar bir elektrik alanı tarafından hızlandırıldı ve daha sonra alanın yönüne dik bir düzlemde bulunan daireleri tanımladıkları bir manyetik alandan geçtiler. Bu yörüngelerin yarıçapları kütle ile orantılı olduğundan, hafif iyonlar ağır olanlardan daha küçük bir yarıçapa sahip daireler üzerinde son buldu. Eğer atomların yoluna tuzaklar yerleştirilmiş olsaydı, bu şekilde farklı izotopları ayrı ayrı toplamak mümkün olabilirdi.
Yöntem buydu. Laboratuvar koşullarında iyi sonuçlar verdi. Ancak endüstriyel ölçekte izotop ayrımının yapılabileceği bir tesisin inşasının son derece zor olduğu kanıtlandı. Ancak, Lawrence sonunda tüm zorlukların üstesinden gelmeyi başardı. Çabalarının sonucu, Oak Ridge'deki dev bir fabrikada kurulan calutron'un ortaya çıkmasıydı.
Bu elektromanyetik santral 1943'te inşa edildi ve Manhattan Projesi'nin belki de en pahalı beyni olduğu ortaya çıktı. Lawrence'ın yöntemi, yüksek voltaj, yüksek vakum ve güçlü manyetik alanlar içeren çok sayıda karmaşık, henüz gelişmemiş cihazlar gerektiriyordu. Maliyetler çok büyüktü. Calutron, uzunluğu 75 m'ye ulaşan ve yaklaşık 4000 ton ağırlığında dev bir elektromıknatısa sahipti. Bu elektromıknatısın sargılarına birkaç bin ton gümüş tel girdi. Tüm iş (Devlet Hazinesi'nin yalnızca geçici olarak sağladığı 300 milyon dolarlık gümüş maliyeti hariç) 400 milyon dolara mal oldu. Sadece calutron tarafından harcanan elektrik için Savunma Bakanlığı 10 milyon ödedi. Oak Ridge fabrikasındaki ekipmanların çoğu ölçek ve hassasiyet açısından sahada geliştirilmiş olan her şeyden üstündü. Ancak tüm bu harcamalar boşuna değildi. Toplamda yaklaşık 2 milyar dolar harcayan ABD'li bilim adamları, 1944 yılına kadar uranyum zenginleştirme ve plütonyum üretimi için benzersiz bir teknoloji yarattılar. Bu arada, Los Alamos Laboratuvarı'nda bombanın tasarımı üzerinde çalışıyorlardı. Çalışma prensibi genel olarak uzun bir süre açıktı: bölünebilir madde (plütonyum veya uranyum-235) patlama anında kritik bir duruma aktarılmış olmalıydı (bir zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için, kütlenin kütlesi. yük, kritik olandan belirgin şekilde daha büyük olmalıdır) ve bir zincir reaksiyonunun başlamasını gerektiren bir nötron ışını ile ışınlanmalıdır. Hesaplamalara göre, yükün kritik kütlesi 50 kilogramı aştı, ancak önemli ölçüde azaltılabilir. Genel olarak, kritik kütlenin büyüklüğü birkaç faktörden güçlü bir şekilde etkilenir. Yükün yüzey alanı ne kadar büyük olursa, çevreleyen alana o kadar fazla nötron yararsız bir şekilde yayılır. Küre en küçük yüzey alanına sahiptir. Sonuç olarak, küresel yükler, diğer şeyler eşit olmak üzere, en küçük kritik kütleye sahiptir. Ayrıca kritik kütlenin değeri, bölünebilir malzemelerin saflığına ve türüne bağlıdır. Bu malzemenin yoğunluğunun karesiyle ters orantılıdır; bu, örneğin yoğunluğu iki katına çıkararak kritik kütleyi dört kat azaltmaya izin verir. Gerekli alt kritiklik derecesi, örneğin nükleer yükü çevreleyen küresel bir kabuk şeklinde yapılmış geleneksel bir patlayıcı yükün patlaması nedeniyle bölünebilir malzemeyi sıkıştırarak elde edilebilir. Kritik kütle, yükü nötronları iyi yansıtan bir ekranla çevreleyerek de azaltılabilir. Kurşun, berilyum, tungsten, doğal uranyum, demir ve diğerleri böyle bir ekran olarak kullanılabilir.
Atom bombasının olası tasarımlarından biri, birleştirildiğinde kritik olandan daha büyük bir kütle oluşturan iki parça uranyumdan oluşur. Bir bomba patlamasına neden olmak için onları olabildiğince çabuk bir araya getirmeniz gerekiyor. İkinci yöntem, içe doğru yakınsak bir patlamanın kullanımına dayanmaktadır. Bu durumda, geleneksel bir patlayıcıdan gelen gazların akışı, içinde bulunan bölünebilir malzemeye yönlendirildi ve kritik bir kütleye ulaşana kadar sıkıştırıldı. Yükün bağlantısı ve nötronlarla yoğun ışınlaması, daha önce de belirtildiği gibi, bir zincirleme reaksiyona neden olur, bunun sonucunda ilk saniyede sıcaklık 1 milyon dereceye yükselir. Bu süre zarfında, kritik kütlenin sadece yaklaşık %5'i ayrılmayı başardı. Erken tasarımın bombalarındaki yükün geri kalanı boşuna buharlaştı. Tarihteki ilk atom bombası (Trinity adlı) 1945 yazında toplandı. Ve 16 Haziran 1945'te, Dünya'daki ilk atom patlaması, Alamogordo çölündeki (New Mexico) nükleer test sahasında gerçekleştirildi. Bomba, test alanının ortasına 30 metrelik bir çelik kulenin üzerine yerleştirildi. Çevresine çok uzak bir mesafeye kayıt cihazları yerleştirildi. 9 km'de bir gözlem noktası ve 16 km'de bir komuta merkezi vardı. Atom patlaması, bu olayın tüm tanıkları üzerinde muazzam bir etki yarattı.
Görgü tanıklarının açıklamasına göre, birçok güneşin bir araya geldiği ve çokgeni aynı anda aydınlattığı hissi vardı. Sonra ovanın üzerinde büyük bir ateş topu belirdi ve yuvarlak bir toz ve ışık bulutu yavaşça ve uğursuzca ona doğru yükselmeye başladı. Yerden havalandıktan sonra bu ateş topu birkaç saniye içinde üç kilometreden fazla bir yüksekliğe uçtu. Her an boyutu büyüdü, kısa sürede çapı 1 km'ye ulaştı ve yavaş yavaş stratosfere yükseldi. Ateş topu daha sonra, 5 km yüksekliğe uzanan ve dev bir mantar şeklini alan dönen bir duman sütununa yol açtı. Bütün bunlara, dünyanın titrediği korkunç bir kükreme eşlik etti. Patlayan bombanın gücü tüm beklentileri aştı. Radyasyon durumu izin verir vermez, içeriden kurşun levhalarla kaplı birkaç Sherman tankı patlama alanına koştu. Bunlardan birinde, çalışmalarının sonuçlarını görmek isteyen Fermi vardı. Gözlerinin önünde, 1 km'lik bir yarıçap içinde tüm yaşamın yok olduğu ölü kavrulmuş toprak belirdi. Kum, yeri kaplayan camsı yeşilimsi bir kabuğa dönüştü. Devasa bir kraterde, çelik bir destek kulesinin parçalanmış kalıntıları yatıyordu. Patlamanın gücünün 5 ton TNT olduğu tahmin edildi. Bir sonraki adım, faşist Almanya'nın teslim olmasından sonra ABD ve müttefikleriyle savaşı tek başına sürdüren Japonya'ya karşı bombanın savaşta kullanılmasıydı. O zamanlar fırlatma aracı yoktu, bu yüzden bombalamanın bir uçaktan yapılması gerekiyordu. İki bombanın bileşenleri USS Indianapolis tarafından ABD Hava Kuvvetleri 509. Kompozit Grubunun konuşlandığı Tinian Adası'na büyük bir özenle nakledildi. Yük ve tasarım türüne göre, bu bombalar birbirinden biraz farklıydı. İlk bomba - "Çocuk" - yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum-235 atom yüküne sahip büyük boyutlu bir hava bombasıydı. Uzunluğu yaklaşık 3 m, çap - 62 cm, ağırlık - 4 ton idi, ikinci bomba - "Şişman Adam" - plütonyum-1 yüklü, büyük boyutlu bir dengeleyici ile yumurta şeklinde bir şekle sahipti. Uzunluğu 239 m, çapı 3 m, ağırlığı - 2 ton idi. 6 Ağustos'ta, Albay Tibbets'in Enola Gay B-29 bombacısı, büyük Japon şehri Hiroşima'ya "Çocuk"u düşürdü. Bomba paraşütle atıldı ve planlandığı gibi yerden 600 m yükseklikte patladı. Patlamanın sonuçları korkunçtu. Pilotların kendilerinde bile, bir anda yok ettikleri huzurlu şehrin görüntüsü iç karartıcı bir izlenim bıraktı. Daha sonra içlerinden biri, o anda bir insanın görebileceği en kötü şeyi gördüğünü itiraf etti. Yeryüzünde olanlar için, olanlar gerçek bir cehennem gibi görünüyordu. Her şeyden önce, Hiroşima'nın üzerinden bir sıcak hava dalgası geçti. Eylemi sadece birkaç dakika sürdü, ancak o kadar güçlüydü ki, granit levhalardaki fayansları ve kuvars kristallerini bile eritti, telefon direklerini 4 km mesafede kömüre çevirdi ve sonunda insan bedenlerini o kadar yaktı ki, onlardan geriye sadece gölgeler kaldı. kaldırım asfaltında veya evlerin duvarlarında. Ardından, ateş topunun altından korkunç bir rüzgar kaçtı ve 800 km / s hızında şehrin üzerine koştu ve yolundaki her şeyi süpürdü. Öfkeli saldırısına dayanamayan evler, kesilmiş gibi çöktü. 4 km çapında dev bir daire içinde, tek bir bina sağlam kalmadı. Patlamadan birkaç dakika sonra şehrin üzerine siyah bir radyoaktif yağmur yağdı - bu nem atmosferin yüksek katmanlarında yoğunlaşan buhara dönüştü ve radyoaktif tozla karıştırılmış büyük damlalar şeklinde yere düştü. Yağmurun ardından şehre yeni bir rüzgar esti, bu sefer merkez üssü yönünde esiyor. İlkinden daha zayıftı ama yine de ağaçları kökünden sökecek kadar güçlüydü. Rüzgar, yanabilecek her şeyin yandığı devasa bir ateşi körükledi. 76 binadan 55'i tamamen yıkıldı ve yakıldı. Bu korkunç felaketin tanıkları, yanmış giysilerin deri parçalarıyla birlikte yere düştüğü insan meşalelerini ve korkunç yanıklarla kaplı perişan insan kalabalığını hatırladı, sokaklarda çığlık atarak koştu. Havada boğucu bir yanık insan eti kokusu vardı. İnsanlar her yerde yatıyor, ölü ve ölüyor. Kör ve sağır pek çok kişi vardı ve her yöne bakarak ortalıkta hüküm süren kargaşada hiçbir şey seçemediler. Merkez üssünden 800 m'ye kadar bir mesafede olan talihsizler, kelimenin tam anlamıyla bir saniyede yandı - içleri buharlaştı ve vücutları dumanı tüten kömür topaklarına dönüştü. Merkez üssünden 1 km uzaklıkta bulunanlar, son derece şiddetli bir biçimde radyasyon hastalığına yakalandılar. Birkaç saat içinde şiddetli kusmaya başladılar, sıcaklık 39-40 dereceye fırladı, nefes darlığı ve kanama ortaya çıktı. Daha sonra ciltte iyileşmeyen ülserler belirdi, kanın bileşimi çarpıcı biçimde değişti ve saçlar döküldü. Korkunç bir acıdan sonra, genellikle ikinci veya üçüncü günde ölüm meydana geldi. Toplamda, patlama ve radyasyon hastalığından yaklaşık 240 bin kişi öldü. Yaklaşık 160 bin radyasyon hastalığı daha hafif bir biçimde aldı - acı verici ölümleri birkaç ay veya yıl ertelendi. Felaket haberi tüm ülkeye yayıldığında, tüm Japonya korkudan felç oldu. Binbaşı Sweeney'nin Box Car uçağı 9 Ağustos'ta Nagazaki'ye ikinci bir bomba attıktan sonra daha da arttı. Burada da birkaç yüz bin kişi öldü ve yaralandı. Yeni silahlara direnemeyen Japon hükümeti teslim oldu - atom bombası II. Dünya Savaşı'na son verdi. Savaş bitti. Sadece altı yıl sürdü, ancak dünyayı ve insanları neredeyse tanınmayacak kadar değiştirmeyi başardı. 1939 öncesi insan uygarlığı ve 1945 sonrası insan uygarlığı birbirinden çarpıcı biçimde farklıdır. Bunun birçok nedeni var ama en önemlilerinden biri nükleer silahların ortaya çıkması. Hiroşima'nın gölgesinin 6. yüzyılın ikinci yarısının tamamında yattığını abartmadan söyleyebiliriz. Hem bu felaketin çağdaşları olan hem de ondan on yıllar sonra doğan milyonlarca insan için derin bir ahlaki yanık oldu. Modern insan artık dünyayı 1945 Ağustos XNUMX'ten önce düşünüldüğü gibi düşünemez - bu dünyanın birkaç dakika içinde hiçbir şeye dönüşebileceğini çok iyi anlıyor. Modern bir insan, büyükbabalarının ve büyük büyükbabalarının izlediği gibi savaşa bakamaz - bu savaşın son olacağını ve içinde ne kazanan ne de kaybeden olmayacağını kesin olarak biliyor. Nükleer silahlar kamusal yaşamın her alanına damgasını vurmuştur ve modern uygarlık altmış veya seksen yıl önceki yasalarla yaşayamaz. Bunu atom bombasının yaratıcılarından daha iyi kimse anlamadı. Robert Oppenheimer, "Gezegenimizin insanları bir araya gelmeli. Son savaşın getirdiği dehşet ve yıkım bize bu fikri dikte ediyor. Atom bombalarının patlamaları bunu tüm acımasızlığıyla kanıtladı. Başka zamanlarda başka insanlar da benzer şeyler söylediler. kelimeler - sadece diğer silahlar ve diğer savaşlar hakkında. Başarılı olmadılar. Ama bugün bu sözlerin faydasız olduğunu söyleyen her kimse, tarihin iniş çıkışlarına aldanmıştır. Buna ikna olamayız. Çalışmamızın sonuçları insanlığa başka seçenek bırakmıyor. birleşik bir dünya yaratmak, hukuk ve hümanizm üzerine kurulu bir dünya." Yazar: Ryzhov K.V.
▪ Yüzey plazmonları üzerinde mikroskop
Dokunma emülasyonu için suni deri
15.04.2024 Petgugu Global kedi kumu
15.04.2024 Bakımlı erkeklerin çekiciliği
14.04.2024
▪ Fareler ve kekemelik tedavisi ▪ Feelreal cihazı, bir koku üreteci ile VR kasklarını tamamlayacak ▪ Otomotiv elektroniğinin maliyeti artıyor ▪ 50 megapiksel Samsung ISOCELL GN1 sensör ▪ Konuşmanın saflığı hafızayı etkiler
▪ şantiye bölümü Elektrikçinin aleti. Makale seçimi ▪ makale Her şey akar. Her şey değişiyor (hareket ediyor). Popüler ifade ▪ Makale KDV ile ÖTV arasındaki fark nedir? ayrıntılı cevap ▪ Telefondaki makale Gönderici. İş tanımı ▪ makale Elektronik şifreli kilit. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
İlginç makaleler öneriyoruz bölüm 
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri